Probencharakterisierung

Die Nachfrage an Produkten mit hohen Qualitätsstandards und die immer spezielleren Anforderungen an die Bestandteile dieser Produkte verlangen nach effizienten Lösungen. Das Ziel von CEMTEC ist es, alle Prozessstufen – vom Beginn der Produktion bis zu Zwischen- oder Endprodukten – auf die Bedürfnisse unseres Kunden optimal anzupassen. Bedingungen dafür sind die Bestimmung der Mahlbarkeit, des Energiebedarfs und der chemischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials.

Um maßgeschneiderte Anlagen zu entwickeln, werden alle dafür notwendigen Eigenschaften in Labor und Technikum bestimmt. Diese Daten sind Voraussetzung für weitere Berechnungen und Auslegungsparameter.


Dichte

Da im Bereich der Rohstoffverarbeitung immer Mischungen von unterschiedlichen Komponenten aufbereitet werden, ist die präzise Bestimmung der Dichte oder Schüttdichte ein wichtiger Parameter für die gesamte Prozessauslegung und Kalkulation der Materialströme. Sie wird für wissenschaftlich empirische Modellauslegungen sowie analytische Berechnungen herangezogen. Des Weiteren kann über die Rohdichte eines unbekannten Mineralbestandes eine Charakterisierung in begrenztem Ausmaß vorgenommen werden.

Im hausinternen Labor kann nach unterschiedlichen industriellen Standards und Normen

  • die Rohdichte und
  • die Schüttdichte

lose und gerüttelt ermittelt werden.

Die unterschiedlichen Dichten werden mit klassischen Prüfgeräten und modernen Apparaturen wie

  • Flüssigkeits-Pyknometer
  • genormten Messgefäßen oder
  • Helium-Pyknometer

ermittelt.

Oberfläche

Neben der Korngrößenanalyse ist die Messung der spezifischen Oberfläche einer Probe das wichtigste Dispersitätsmerkmal und wird oft zur Qualitätsprüfung oder dem Qualitätsvergleich in der Produktion herangezogen. Sie ist eine wichtige Kenngröße zur Charakterisierung von porösen und pulvrigen Feststoffen sowie klarer Gradmesser für die neu geschaffene Oberfläche bei der Ermittlung des optimalen Zerkleinerungsschrittes. Aus diesem Grund darf die Messung der Oberfläche bei keiner Produktanalyse fehlen.

Im Labor kann die Oberfläche bestimmt werden mittels:

  • der Blaine-Methode
  • der BET-Methode

Die Blaine-Messung basiert auf dem Prinzip der Zeitmessung. Dabei wird die Zeit berechnet, die eine bestimmte Luftmenge benötigt, um durch eine definierte Prüfmenge durchzuströmen. Mithilfe der Dichte, der Gerätekonstanten, einer genormten Referenzprobe und der Viskosität der Luft lässt sich die spezifische Oberfläche errechnen. Mit dem bei CEMTEC eigens entwickelten Gerät können spezifische Oberflächen von einigen 100 bis zu 50.000 Blaine (oder cm²/g) gemessen werden.

Die Bestimmung der Oberfläche nach der BET-Methode – nach den Erfindern Brunauer, Emmett und Teller benannt – beruht auf der Eigenschaft von Festkörpern, Gasmoleküle an ihrer Oberfläche zu adsorbieren. Mithilfe der Adsorptionsisotherme des Gases (zumeist Stickstoff) kann man die Anzahl der adsorbierten Gasmoleküle berechnen. Multipliziert man die Anzahl mit dem benötigten Flächenbedarf des Moleküls – im Fall von Stickstoff 16,2·10-20m² –, erhält man die Probenoberfläche.

Korngrößenanalyse

Zur umfassenden Charakterisierung eines Produktes ist die Korngrößenanalyse notwendig. Das Ergebnis einer Korngrößenanalyse ist die Korngrößenverteilung, aus der unterschiedliche charakteristische Kennzahlen berechnet werden können. Die Korngrößenverteilung eines Produkts hat wesentlichen Einfluss auf die Stoffeigenschaften. Abhängig von der jeweiligen Korngröße werden bei CEMTEC verschiedene Verfahren angewandt:

  • Siebung durch Handsieb, Siebturm und Luftstrahlsieb
  • Sedimentationsverfahren
  • Laserbeugung

Die jeweilig erhaltene Korngrößenverteilung hängt dabei auch vom Messprinzip ab. Daher erarbeiten die Experten bei CEMTEC gemeinsam mit dem Kunden die optimale Analysemethode zur Korngrößenbestimmung für das gewünschte Produkt, um eine optimale Charakterisierung zu gewährleisten.

Im Labor ist man in der Lage, das oben angeführte Spektrum zur Korngrößenbestimmung abzudecken. Hierfür steht folgendes Equipment zur Verfügung:

  • Eine große Anzahl an Handsieben
  • Vibrationssieb Type Retsch
  • Luftstrahlsieb Type Hosokawa Alpine
  • Sedigraph II, Type Micrometrics
  • Mastersizer 2000, Type Malvern
  • Mastersizer 3000, Type Malvern

Feuchte-Bestimmung

Zur Bestimmung des Feuchtegehalts können unterschiedliche Methoden herangezogen werden, wie zum Beispiel die Darrmethode (Trocknung), die Karl-Fischer-Methode oder die Infrarot-Absorption (Oberflächenfeuchte). Neben der Karl-Fischer-Methode wird hauptsächlich die Darrmethode zur Bestimmung der Feuchte von Schüttgütern in Labors verwendet. Dieses sehr genaue gravimetrische Verfahren der Trocknung kommt auch im Labor von CEMTEC zum Einsatz. Die Feuchte des zu verarbeitenden Materials ist in manchen Fällen neben der Produktfeinheit ausschlaggebend für die Auswahl des optimalen Mahlwerks sowie des Designs der verschiedenen Materialhandling-Komponenten, wie Schurren und Bunker.

Die Feuchte der angelieferten Proben wird nach obigem Verfahren mit folgenden Geräten ermittelt:

  • Trockenschrank tmax = 300 °C für Probemenge mmax = ca. 50 kg
  • AND MX 50 Moisture Analyzer für pulvrige nicht brennbare Materialien tmax = 200 °C, mmax = 10 g

Zur Ermittlung der Feuchte gibt es alternativ auch die Möglichkeit, den Massenanteil von flüchtigen Bestandteilen bzw. des Glühverlustes im Ofen bei einer Maximaltemperatur von 1.300 °C zu bestimmen.